- 호기심을 돋우기 위해 장 전체의 핵심적 사건이나 과학자 이야기로 문제를 제기하는 도입 처음 1장에서 최초의 국제화학회의가 열린 독일 카를스루에에서 칸니차로가 당시 혼란 가운데 있었던 분자식 문제를 해결하는 장면부터가 흥미롭다. 본격적 양자역학 시대를 알린 엑스선, 방사선의 발견(3장)도 드라마틱하다. 원자 내부 구조를 밝히기 위한 러더퍼드의 실험(4장) 장면도 흥미를 이어가는 데 부족함이 없다. 양자역학의 최고 수훈자라 할 수 있는 보어가 등장하는 ‘보어와 발머의 식’(6장)도 좋다. 가장 어려운 양자역학의 이중성을 쉽게 이해시키기 위해 비유로 든 ‘포유동물과 새들의 전쟁’(9장)은 압권이다. 마지막 10장의 ‘양자역학의 이용’에서 ‘두 개의 노벨상을 받은 과학자들’도 마지막까지 호기심을 이어가는 마무리로 부족함이 없다. - 과학적 문제제기 이후 전개되는 과학 개념과 실험적 증명을 소개하는 본문 본문에서는 도입에서 제기되었던 과학적 문제들을 풀기 위한 과학 개념과 실험적 증명들이 소개된다. 예를 들어 3장 ‘원자에서 방사선이 나온다’의 도입에서 제기되었던 ‘원자에서 나오는 방사선이 어떻게 원자가 더 쪼개질 수 있는 확실한 증거가 될 수 있을까?’라는 문제를 본문에서는 음극선관을 통해 전자의 존재를 발견하는 실험으로 증명해낸다. 또 4장 ‘러더퍼드의 실험’의 도입에서 제기된 ‘러더퍼드의 실험 결과가 왜 원자핵의 존재를 나타내는 것이 될까?’라는 문제를 본문에서는 여러 원자모형이 만들어지는 과정과 러더퍼드가 수행했던 금박 실험 결과로 증명한다. 6장 ‘보어와 발머의 식’에서 제기된 문제를 부양자수의 도입으로 해결해 나가는 과정, 9장 ‘포유동물과 새들의 전쟁’에서 제기된 문제를 광자 재판과 슈뢰딩거의 고양이 등으로 해결해 나가는 과정은 흥미롭기 그지없다. - 산책하듯 가볍게 우리 생활과 연결된 양자역학을 다룬 ‘양자 세상 산책’ 양자역학은 결국 어려운 과학이기에 쉬지 않고 이어가는 것은 버거울 수밖에 없다. 또 양자역학이 아무리 중요하다 하더라도 우리 생활과 직접적 연관이 없다면 흥미가 떨어질 수밖에 없다. 이에 이 책에서는 가볍게 쉬어 갈 수 있는 ‘양자 세상 산책’ 코너를 마련하고 있다. 적외선 온도센서의 원리(5장), 누가 먼저 총을 쏠까?(6장), 눈앞에 다가온 양자컴퓨터 세상(10장) 등은 우리 생활과 관련이 있어 흥미를 끈다. 산소의 발견자는 누구일까?(1장), 지구에서보다 태양에서 먼저 발견된 헬륨(2장), 부지런했으며, 검소했고, 겸손했던 과학자(3장), 제5차 솔베이회의에서의 결투(7장) 등은 가볍게 쉬어 가며 흥미롭게 읽을 수 있다.

작가의 말 4 1장 원자로 이루어진 세상 카를스루에의 칸니차로 ∴ 012 4원소설 ∴ 016 일정성분비의 법칙과 배수비례의 법칙 ∴ 018 원자론 ∴ 020 아보가드로의 가설 ∴ 024 2원자 분자의 문제 ∴ 027 양자 세상 산책: 산소의 발견자는 누구일까? ∴ 030 2장 원자가 내는 빛 그리고 주기율표 분젠과 키르히호프, 그리고 마이어와 멘델레프 ∴ 034 원소가 내는 빛 ∴ 038 발머와 수소 스펙트럼 ∴ 042 주기율표의 발견 ∴ 046 양자 세상 산책: 지구에서보다 태양에서 먼저 발견된 헬륨 ∴ 050 3장 원자도 쪼개진다 원자에서 방사선이 나온다 ∴ 054 음극선관과 음극선 ∴ 058 엑스선의 발견 ∴ 059 퀴리 부부와 새로운 원소 발견 ∴ 062 전자의 발견 ∴ 065 러더퍼드와 방사선 ∴ 068 양자 세상 산책: 부지런했으며, 검소했고, 겸손했던 과학자 ∴ 072 4장 원자의 내부 구조를 밝혀라 러더퍼드의 실험 ∴ 076 원자모형 만들기 ∴ 079 톰슨의 원자모형 ∴ 080 한타로의 토성 모형 ∴ 082 러더퍼드의 원자모형 ∴ 084 러더퍼드 원자모형의 문제점 ∴ 086 양성자의 발견 ∴ 089 중성자의 발견 ∴ 091 양자 세상 산책: 분자의 존재를 증명한 브라운 운동 ∴ 094 5장 양자화된 에너지 흑체복사의 문제 ∴ 098 양자화된 에너지 ∴ 102 광전효과의 문제 ∴ 107 아인슈타인의 광량자설 ∴ 109 양자 세상 산책: 적외선 온도센서의 원리 ∴ 115 6장 보어의 원자모형 보어와 발머의 식 ∴ 120 보어의 원자모형 ∴ 124 조머펠트의 고전 양자론 ∴ 129 수소 스펙트럼 ∴ 132 부양자수의 도입 ∴ 136 파울리의 배타원리 ∴ 138 양자 세상 산책: 누가 먼저 총을 쏠까? ∴ 141 7장 물질파 이론과 슈뢰딩거 방정식 물리학자가 된 왕자 ∴ 146 물질파 이론 ∴ 150 실험을 통한 증명 ∴ 152 슈뢰딩거 방정식 ∴ 154 확률적 해석 ∴ 157 불확정성 원리 ∴ 161 양자 세상 산책: 제5차 솔베이회의에서의 결투 ∴ 164 8장 양자역학의 원자모형 이름표를 붙여줘 ∴ 168 양자수와 물리량 ∴ 172 전자 확률 구름 ∴ 178 주기율표 ∴ 181 양자 세상 산책: 원소들은 어디에서 만들어졌을까? ∴ 187 9장 이상한 양자역학의 세상 포유동물과 새들의 전쟁 ∴ 192 측정과 상보성 원리 ∴ 196 광자 재판 ∴ 199 슈뢰딩거의 고양이 ∴ 201 EPR 역설 ∴ 208 양자 세상 산책: 양자역학 밖으로 나간 상보성 원리 ∴ 212 10장 양자역학의 이용 두 개의 노벨상을 받은 과학자들 ∴ 216 세상을 바꿔놓은 다이오드와 트랜지스터 ∴ 219 초전도체 ∴ 224 터널링 효과와 USB 메모리 ∴ 226 터널링 현상을 이용하는 현미경 ∴ 229 양자 세상 산책: 눈앞에 다가온 양자컴퓨터 세상 ∴ 232

원소가 아주 작은 양으로 나누어질 수 있는 연속된 물질이라면 어떻게 이렇게 항상 정수비를 이룰 수 있을까? 이것은 고대 원소설로는 설명할 수 없는 커다란 수수께끼였다. 물질 사이의 화학반응을 제대로 설명하기 위해서는 이런 수수께끼를 해결해야 했다. 영국의 존 돌턴은 이런 문제를 해결하기 위해 원자론을 제안했다. _20쪽 원소가 내는 선스펙트럼에는 원자에 대한 비밀이 숨어 있는 것이 틀림없었다. 어쩌면 원자가 내는 스펙트럼은 원자의 내부를 들여다볼 수 있는 창이 될는지도 몰랐다. 원자가 어떻게 특정한 선스펙트럼 을 내는지를 설명하는 것은 이제 원자를 연구하는 물리학자나 화학자들이 해결해야 할 가장 큰 숙제가 되었다. _42쪽 톰슨은 이 미립자가 음극을 이루고 있는 원자에서 나온다고 주장했다. 그것은 원자가 더 이상 쪼개지지 않는 가장 작은 알갱이가 아님을 확실히 하는 것이었다. 톰슨이 미립자라고 부른 이 입자를 과학자들은 전자라고 부르기 시작했다. _67쪽 앞에서 양자量子는 물리량의 가장 작은 단위를 나타내는 말이라고 했다. 따라서 광량자光量子는 빛이 가지고 있는 에너지 알갱이라는 뜻이 된다. 다시 말해 광량자라는 말은 빛이 연속적인 에너지를 가지는 것이 아니라 불연속적인 값만을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 후에는 광량자라는 말 대신 빛 알갱이를 의미하는 광자라는 말을 사용하게 되었다. _110쪽 슈뢰딩거는 수소의 원자핵과 전자 사이에 작용하는 전기력에 의한 위치에너지를 슈뢰딩거 방정식에 대입한 후 방정식을 풀어 수소 원자핵 주위를 도는 전자들의 파동함수를 구하고 그 파동함수들로부터 전자가 어떤 물리량들을 가져야 하는지를 계산해냈다. 그 결과는 놀라운 것이었다. 보어의 원자모형에서 설명한 전자들의 에너지를 모두 구할 수 있었을 뿐만 아니라 전자들의 양자역학적 상태를 나타내는 네 가지 양자수가 어떤 값들을 가져야 하고, 그것이 어떤 물리량을 나타내는지를 알아낼 수 있었다. _156쪽 슈뢰딩거 방정식을 통해서 우리가 알 수 있는 것은 전자가 특정한 지점에서 발견될 확률뿐이다. 양자역학의 계산을 통해 전자가 발견될 확률이 높은 곳은 진하게 나타내고 확률이 적은 곳은 옅은 색으로 나타내면 구름 같은 모양이 만들어진다. 이 구름은 전자의 모양이 아니라 전자가 발견될 확률을 나타내는 확률 구름이다. _178쪽 양자역학의 설명은 우리의 상식으로 이해할 수 없는 것들이 많이 있다. 그러나 아직 양자역학이 예측한 결과가 틀렸다는 결정적인 증거를 찾아내지 못했다. 따라서 과학자들은 양자역학이 이상한 것이 아니라 원자보다 작은 세상이 이상하기 때문에 이런 세상을 설명하는 양자역학이 이상해 보일 수밖에 없다고 생각하고 있다. _211쪽